10kV配电线路架设地线对雷电感应过电压的防护效果

2018-10-12李扬

中国设备工程 2018年19期

李扬

（江苏省政协，江苏南京 210024）

1 雷电感应过电压对配电线路产生的影响

1.1 避雷器的影响

在线路中，避雷器的作用就是保护线路不受雷电冲击，确保一旦发生雷击，如果产生的电流超过配电线路范围，避雷器就会启动发挥作用。其工作的原理是分流电流，将电流分流释放到大地中，进一步限制绝缘子部分的电压，确保配电线路安全进行，尽可能降低雷电伤害。

避雷器所具有的承载能力一定，过大的雷电感应电压会影响避雷器的承载能力。在其使用的过程中，一旦遇到更大的电流，避雷器因为承载能力有限就会发生损坏，导致避雷器功能出现故障。不仅如此，在日常工作中，如果不注意避雷器的养护，一旦发生了腐蚀，就会导致电流不能顺利分流释放到大地中去，继而严重影响避雷器功能的发挥。

1.2 绝缘子的影响

众所周知，外界电压会产生一定的磁场，磁场继而会对电流产生影响。绝缘子可以隔离外界电压和电流之间的作用，进一步保证配电线路的安全，如果一旦遇到雷击，绝缘子会因为瞬时电流过大出现闪络的现象，对其功能破坏力较强。特别是在南方夏季的雷雨季节，因为此时出现雷雨天气的频率较大，频繁的雷电以较大频率冲击绝缘子，造成感应电压骤增，配电线路自身所能承受的电流也会有所增加，最终就会造成绝缘子两端电压的承载能力不足。不仅如此，某些外界的实际情况也会影响绝缘子功能的发挥，最终造成配电线路存在安全隐患。

2 地线对感应过电压的限制效果

（1）接地电阻的影响。配电线路中采用自然接地的方式进行地线的架设，接地电阻相对较高，如果接地电阻和大地产生的电阻相互加和，那么就会产生更大的电阻。此时，一定程度的控制电杆电阻可以有效的限制雷电感应过电压。在配电线路工作的过程中，雷击的瞬时作用会导致较大的雷电感应过电压，其最大值通常处于配电线路中间区域，雷电感应过电压会在该区域随着时间的变化产生起伏性的变化，地线的存在也会限制感应过电压的产生，电杆因为受到电阻的影响，使已经架设的配电线路也出现一定的感应过电压，造成导线对节点电阻大小和电压的幅值不成正相关关系，但和绝缘子是成反相关关系的。绝缘子所承受的电压幅值会随着接地电阻的增加而减小，这样就可保护架设的地线所产生的感应过电压，继而控制电杆电阻，实现限制感应过电压的目的。

通过相关计算和研究得出以下结论：不管有没有地线的存在，所有线路中感应过电压的最大值都不会超过线路的中间区域，在这个区域内，随着时间的延续，电压会发生一定的变化，地线会对感应过电压进行限制，对比有地线的情况，无线路所有导线中的感应过电压相对较高。更为重要的就是绝缘子承受过锻压对比。在无地线线路中，因为不存在地线，感应电流不能向大地释放，这就导致电杆和大地电位状态一致，绝缘子产生的电压就是导线对地电压。在有地线线路中，如果忽略地线同绝缘子的压降，绝缘子所能承受的电压就是导线和地线之间的电位差，这时需要对比有地线和无地线的电压幅值，结果显示，无地线的绝缘子存在更高的感应过电压。经分析感应过电压幅值、绝缘子所能承受的最高电压幅值以及导线对地最高感应过电压幅值之间的关系可知，导线不管是和接地电阻还是和最高感应过电压之间都是正相关的关系，导线随最高感应过电压和接地电阻的变化而变化，相反的，绝缘子和接地电阻和最高感应过电压成反相关关系，绝缘子所能承受的最高过电压幅值随着接地电阻的变大逐渐减小之所以会出现这类现象，是因为地线的感应过电压与导线的感应过电压相同，均和接地电阻成正相关变化，对比来说，接地线的变化要比导线的变化更为明显。应用地线防护感应过电压的过程中，不需要对电杆进行降阻处理，直接就可实现。

（2）地线安装位置的影响。如若探讨这一现象的具体影响因素，必须要对地线的架设高度进行不同选型的定制，进一步计算线路的感应过电压，进而得出导线、地线架设高度以及绝缘子最高过电压之间存在的关系，经分析可知，导线、地线架设高速以及绝缘子的最高感应过电压之间的变化基本同时进行，变化关系具体是：导线和地线之间的距离越近，变化幅度越小。另外，地线如果和导线距离相等，地线架设的位置对感应电压的影响也是不一样的。一般来说，地线架设在导线的上方要比架设在导线的下方效果更好。所以，通过地线的架设进行感应过电压的防护时，通常将地线架设在导线的上方。以满足线间距为基础，尽可能拉近导线和地线之间的距离。

3 地线对感应过电压闪络率的降低效果

最能对感应过电压的耐受性能进行体现的直观性指标Wie感应过电压闪络率。地线对感应过电压的闪络率具有降低的效果，为了研究这种效果，现分别计算有地线线路的感应过电压的闪络率以及无地线线路的感应过电压的闪络率，并进行了对比。在计算的过程中，会应用到的具体参数为：（1）地闪密度取为2.77次 /（km2·a）。（2）就国内来说，10kV架空配电线路的绝缘配置不尽相同，绝缘子的雷电冲击闪络电压范围处于100～150kV。为了尽可能多地涵盖所有情况，闪络判断电压分别为100kV和150kV，然后计算并讨论了线路的感应过电压闪络率。（3）影响雷电传输线大地瞬态阻抗以及瞬变电磁场的主要参数即为大地电阻率，这些参数也会对线路的感应过电压的闪络率产生影响。所以，分别在大地电阻值为50、100、200、500、1000、1500Ω·m时，计算了感应过电压的闪络率。（4）线路参数。通过相关研究，电杆的接地方式为自然接地，接地电阻的电阻率可通过计算得出，结果如表1所示。

表1 各电杆在不同大地电阻率下的自然接地电阻

如果绝缘子的闪络电压为100kV，大地电阻率不同，有地线路的感应过电压的闪络率以及无地线线路的感应过电压的闪络率随着电阻的增大所出现的变化如表2所示。通过对表2进行分析可得出，不管是有地线路的感应过电压的闪络率，还是无地线线路的感应过电压的闪络率，都随着大地电阻率的增加而上升，出现这种情况的原因是，传输线大地瞬态抗阻以及雷电瞬变电磁场会随着大地电阻率的增加而发生变化，最终导致线路感应过电压水平提高。即使感应过电压的闪络率随着大地电阻的增加呈现上升趋势，但无地线线路和有地线线路的感应过电压的闪络率的比值有所降低。具体原因是电杆接地电阻随着大地电阻率的增加而增大，进一步降低了有地线路绝缘子所能承受的过电压。